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基于黄金分割的船舶航向自适应控制方法研究
| 论文题名： | 基于黄金分割的船舶航向自适应控制方法研究 |
| 关键词： | 船舶航向控制器;黄金分割法;黄金分割自适应控制;最小方差控制 |
| 摘要： | 本文通过对黄金分割法的学习和研究,设计了一种基于黄金分割法的船舶航向自适应控制器,并在船舶模型参数出现摄动和海浪干扰的情况下进行了仿真研究。 作为船舶运动控制的主要研究设计课题,船舶的航向控制器设计一直是至关重要的环节。在现代社会中,船舶航行时的经济性、安全性和舒适性都与船舶的航向控制器都有重要的关系。国内外的许多科研人员一直为改善船舶操纵性能而不懈的努力。在自适应控制系统的启动过程中,如何保证闭环系统的稳定性和动态品质是非常重要的问题。黄金分割自适应控制就是主要针对此类问题提出的。它是黄金分割与最小方差相结合的反馈控制策略。 本文先对自动舵的发展历史、国内外相关领域的研究现状进行了回顾和总结。在分析了船舶航向操纵运动的动力学方程基础上建立了数学模型以及风、浪、流的干扰数学模型。简单介绍了船舶航向控制的基本原理,同时研究传统的PID自动舵的数学模型及设计过程。详细阐述了自动舵的控制原理。首先介绍了最小方差的控制与原理并得到了最小方差控制,其次介绍了黄金分割法的基本原理,详细推导了用黄金分割法设计控制器的过程,这种方法设计简单,调试方便,鲁棒性强,过渡过程甲稳,易于工程实现。并根据Jury稳定判据,可以证明黄金分割与最小方差相结合的反馈控制策略对于不确定参数估值的稳定性。特别是黄金分割自适应控制,其能保证参数未知系统在过渡过程阶段,参数估计未收敛情况下闭环系统稳定,对于控制性能要求一般的控制系统,它不需要人在现场试凑控制器参数。以船舶航向控制为研究对象,用黄金分割法设计了船舶航向控制器,为了便于学习和研究,首先设计了一种船舶模型参数已知的航向控制器,在取得满意的仿真结果基础上再对含有外界干扰和不确定参数的船舶模型设计自适应航向控制器。 对设计的船舶航向控制器在Matlab的Simulink工具箱下进行了仿真验证,仿真结果表明,所设计的黄金分割自适应航向控制器能够很好的跟踪航向的变化,控制舵角变化合理,没有出现频繁打舵情况,特别是当船舶模型参数出现大的摄动时,在控制器参数不变的情况下依然能取得了很好的仿真效果,说明了用此方法设计的船舶航向自适应控制器具有很强的鲁棒性。 |
| 作者： | 张彪 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 彭秀艳 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2011 |
| 正文语种： | 中文 |
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